転写方法及び装置
【課題】本発明は、微細構造を成形部材に容易に転写することができ且つ容易に離型させることができると共に、射出成形による転写よりも短時間で転写を行うことができる転写方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スタンパ２，３に形成された微細構造２ａ，３ａを成形部材１に転写する。スタンパ２，３の微細構造２ａ，３ａを成形部材１に押圧して、微細構造２ａ，３ａを成形部材１に転写する。スタンパ２，３の微細構造２ａ，３ａを、成形部材１のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱を繰り返すことにより、スタンパ２，３からの成形部材１の離型を促進する。
【解決手段】スタンパ２，３に形成された微細構造２ａ，３ａを成形部材１に転写する。スタンパ２，３の微細構造２ａ，３ａを成形部材１に押圧して、微細構造２ａ，３ａを成形部材１に転写する。スタンパ２，３の微細構造２ａ，３ａを、成形部材１のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱を繰り返すことにより、スタンパ２，３からの成形部材１の離型を促進する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転写方法及び装置に係り、特に樹脂等の成形部材の表面に微細構造を転写するための転写方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂レンズのような光学部品の表面に微細構造を形成する方法として、射出成形用の金型の表面に微細構造を形成しておき、樹脂成形時に金型の微細構造を成形品の表面に転写する方法が知られている。
【０００３】
射出成形時に微細構造を転写する場合、微細構造の形状によっては樹脂がその形状にうまく充填されないことがある。例えば、成形品の表面に微細構造としてアスペクト比の大きい微細な突起を形成する場合、金型の表面には形成する突起の形状に対応した微細な穴が形成されるが、樹脂の射出成形時にこのような深い微細な穴に樹脂を完全に充填することが難しいことがある。また、微細構造に樹脂が充填できたとしても、成形品が金型に貼り付いてしまい、うまく離型できないといった問題が発生するおそれがある。
【０００４】
微細構造が表面に形成された成形品の離型方法として、圧縮流体で成形品を冷却して収縮させ、離型を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、金型を内型と外型に分けて内型を外型に対して移動可能としておき、内型と成形品との間に圧縮流体を噴出して離型を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、微細構造が転写された成形品を得るために射出成形を用いると、射出成形サイクルにおいて、冷却時間等を含めた長い時間が必要となり、生産性がよくないという問題がある。
【０００６】
そこで、スタンパを用いて、微細構造を有する型を樹脂部材の表面に押圧（スタンプ）して微細構造を転写することが考えられる。スタンパでの転写工程は、射出成形のように溶融樹脂を用いることなく、樹脂部材に型を押圧する工程だけであるので、射出成形による転写よりは格段に短い時間で転写を行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２８９０６４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５１６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、微細構造を両面に有する樹脂部品の要求が光学分野や医療・バイオ分野で高まっている。このような要求に答えるべく、両面を同時にスタンパ型で押圧して微細構造を両面に転写することが考えられる。スタンパ型で押圧して微細構造を両面に転写する場合、溶融樹脂に至るまでの加熱及び固化するまでの冷却等の成形工程を必要としない。このため、射出成形を用いるよりも短時間で微細構造を転写することができる。
【０００８】
ところが、微細構造をスタンパ型で樹脂部材の両面に同時にスタンプするような処理はこれまで行われた例はほとんどなく、最適な転写条件や転写方法は提案されていない。特に、スタンパ型の離型性が両側の型で異なるような場合が考えられるが、どのように両側の型を離型するかについて検討されていない。すなわち、離型性は転写する微細構造の形状や寸法に依存するので、両側の微細構造が異なると離型性を考慮してスタンパ型の動作と転写成形品の取り出しを制御しなければならないが、これまでに、微細構造による離型性を考慮した転写工程の制御は行われていなかった。したがって、両面転写における最適な転写工程を実現可能な転写方法の開発が望まれている。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、微細構造を成形部材に容易に転写することができ且つ容易に離型させることができると共に、射出成形による転写よりも短時間で転写を行うことができる転写方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、スタンパに形成された微細構造を成形部材に転写する転写方法であって、該スタンパの該微細構造を該成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写し、前記スタンパの前記微細構造を、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱を繰り返すことにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写方法が提供される。
【００１１】
本発明による転写方法において、前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することが好ましい。前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により冷却することとしてもよい。前記スタンパの前記微細構造を、前記局所温調部により加熱することとしてもよい。あるいは、前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に形成されたスタンパ吸引固定用通路に冷媒を供給することにより冷却することとしてもよい。この場合、前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により加熱することとしてもよい。
【００１２】
また、本発明によれば、微細構造を成形部材の表面に転写する転写装置であって、該微細構造を有するスタンパと、該スタンパが取り付けられる金型と、該金型の開閉動作、及び前記金型に取り付けられた前記スタンパの温度を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記金型に取り付けられた前記スタンパの前記微細構造を前記成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写した後、前記スタンパの前記微細構造に対して、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱が繰り返されるように前記スタンパの温度を制御することにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写装置が提供される。
【００１３】
本発明による転写装置において、前記制御部は、前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返すように前記スタンパの温度を制御して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記成形部材の離型を促進することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形部材の微細構造が転写された部分を局所的に冷却及び加熱を繰り返すことで、スタンパの微細構造の熱膨張率と成形部材に転写された微細構造の熱膨張率との差を利用して離型を促進することができる。このため、成形部材に転写された微細構造をスタンパから容易に離型させることができる。特に、離型の際に、成形部材に転写された微細構造に対して外部から力を加えないため、転写された微細構造を変形させることなく微細構造の寸法精度を維持したまま容易に離型させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態による転写方法を行う転写装置について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態による転写方法により微細構造を成形部材に転写する転写装置の概要を示す断面図である。
【００１７】
図１に示す転写装置は、成形部材１を上スタンパ２と下スタンパ３との間に挟んでプレスすることにより、上スタンパ２及び下スタンパ３に形成されている微細構造２ａ及び３ａを成形部材１の両面に転写するための装置である。
【００１８】
成形部材１は、上スタンパ２と下スタンパ３により押圧されることで塑性変形可能な材料であり、例えば樹脂板や樹脂シートのような樹脂部材である。成形部材１によりプラスチック光学部品を成形する場合、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂の板材やシートが用いられる。
【００１９】
上スタンパ２は、例えばニッケルやシリコン等の金属材料で形成された板状の部材であり、その表面に微細構造２ａが形成されている。また、上スタンパ２には、裏面から表面まで貫通する複数の吸引貫通孔２ｂが設けられている。後述のように、この吸引貫通孔２ｂを介して成形部材１を吸引することにより、成形部材１を上スタンパ２に吸引固定することができる。
【００２０】
下スタンパ３は、上スタンパ２と同様な構成であり、例えばニッケルやシリコン等の金属材料で形成された板状の部材であり、その表面に微細構造３ａが形成されている。また、下スタンパ３には、裏面から表面まで貫通する複数の吸引貫通孔３ｂが設けられている。後述のように、この吸引貫通孔３ｂを介して成形部材１を吸引することにより、成形部材１を下スタンパ３に吸引固定することができる。
【００２１】
上スタンパ２は上金型であるプレス上コア４に取り付けられる。プレス上コア４には、コア取り付け面に開口した複数のスタンパ吸引固定用通路５が形成されている。上スタンパ２を取り付け面に当接させ、スタンパ吸引固定用通路５を介して吸引することにより、上スタンパ２を取り付け面上に保持することができる。したがって、吸引を解除することにより上スタンパ２をプレス上コア４から取り外すことができる。
【００２２】
また、プレス上コア４には、上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂに対応する位置に開口する複数の成形部材吸引固定用通路６が形成されている。成形部材吸引固定用通路６は、上スタンパ２がプレス上コア４に取り付けられた状態において、上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂに接続される。したがって、プレス上コア４に上スタンパ２を取り付けてから、成形部材１を上スタンパ２に当接させ、吸引貫通孔２ｂ及び成形部材吸引固定用通路６を介して成形部材１を吸引することで、成形部材１を上スタンパ２に吸引固定することができる。
【００２３】
また、上スタンパ２がプレス上コア４に取り付けられたときに、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応する位置において、プレス上コア４の内部にヒータ７が埋め込まれ且つ冷媒通路８が形成されている。ヒータ７は、例えば通電することにより発熱する電熱線であり、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応したプレス上コア４の一部のみを加熱することができる。冷媒通路８は、例えば冷却水等の冷媒を流すことのできる通路であり、冷却水を冷媒通路８に流すことにより、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応したプレス上コア４の一部のみを冷却することができる。
【００２４】
ヒータ７は電熱線に限ることなく、例えばペルチェ素子のような他の発熱体を用いることもできる。また、冷媒通路８の代わりに例えばペルチェ素子のような他の冷却装置を用いることもできる。ヒータ７及び冷媒通路８は、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応した位置に近接して設けられ、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分の加熱・冷却を行う局所温調ユニット（局所温調部）として機能する。
【００２５】
下スタンパ３は下金型であるプレス下コア９に取り付けられる。プレス下コア９には、コア取り付け面に開口した複数のスタンパ吸引固定用通路１０が形成されている。下スタンパ３を取り付け面に当接させ、スタンパ吸引固定用通路１０を介して吸引することにより、下スタンパ３を取り付け面上に保持することができる。したがって、吸引を解除することにより下スタンパ３をプレス下コア９から取り外すことができる。
【００２６】
また、プレス下コア９には、下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂに対応する位置に開口する複数の成形部材吸引固定用通路１１が形成されている。成形部材吸引固定用通路１１は、下スタンパ３がプレス下コア９に取り付けられた状態において、下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂに接続される。したがって、プレス下コア９に下スタンパ３を取り付けてから、成形部材１を下スタンパ３に当接させ、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介して成形部材１を吸引することで、成形部材１を下スタンパ３に吸引固定することができる。
【００２７】
また、下スタンパ３がプレス下コア９に取り付けられたときに、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応する位置において、プレス下コア９の内部にヒータ１２が埋め込まれ且つ冷媒通路１３が形成されている。ヒータ１２は、例えば通電することにより発熱する電熱線であり、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応したプレス下コア９の一部のみを加熱することができる。冷媒通路１３は、例えば冷却水等の冷媒を流すことのできる通路であり、冷却水を冷媒通路１３に流すことにより、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応したプレス下コア９の一部のみを冷却することができる。
【００２８】
ヒータ１２は電熱線に限ることなく、例えばペルチェ素子のような他の発熱体を用いることもできる。また、冷媒通路１３の代わりに例えばペルチェ素子のような他の冷却装置を用いることもできる。ヒータ１２及び冷媒通路１３は、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応した位置に近接して設けられ、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分の加熱・冷却を行う局所温調ユニット（局所温調部）として機能する。
【００２９】
なお、プレス上コア４には、プレス下コア９に対して移動して成形部材１をプレスできるように上下方向に移動するための上コア移動機構２０が設けられているが、そのような上下機構は周知の機構であり、図面の簡略化の目的で具体的な図示は省略する。プレス上コア４を移動可能にするだけでなく、プレス下コア９も上下移動可能に構成することとしてもよい。その場合、プレス下コア９には、プレス上コア４に対して移動して成形部材１をプレスできるように上下方向に移動するための下コア移動機構２２が設けられているが、そのような上下機構は周知の機構であり、図面の簡略化の目的で具体的な図示は省略する。
【００３０】
上コア移動機構２０及び／又は下コア移動機構２２の動作は転写装置全体を制御する制御部２４により制御される。制御部２４は、プレス上コア４及び／又はプレス下コア９の上昇、下降を制御する他に、上スタンパ２のプレス上コア４に対する吸引固定、下スタンパ３のプレス下コア９に対する吸引固定、成形部材１の上スタンパ２への吸引固定、成形部材１の下スタンパ３への固定、プレス上コア４及びプレス下コア９に組み込まれた局所温調ユニットによる加熱及び冷却、などを制御する。さらに、制御部２４は、後述する離型工程の際に、スタンパ吸引固定用通路への冷媒の供給も制御する。局所温調ユニットによる加熱の制御は、ヒータの通電制御で行なわれる。スタンパの吸引固定の制御は、スタンパ吸引固定用通路５，１０に接続された開閉弁（図示せず）の開閉を制御することにより行なう。上スタンパ２及び下スタンパへの吸引固定は、成形部材吸引固定用通路６，１１に接続された開閉弁（図示せず）の開閉を制御することにより行なう。また、スタンパ吸引固定用通路５，１０への冷媒の供給も開閉弁（図示せず）を制御することにより行なう。
【００３１】
次に、図１に示す転写装置を用いて成形部材１に微細構造を転写する転写方法の一例について説明する。図２及び図３は、図１に示す転写装置を用いて成形部材１に微細構造を転写する際の転写工程を示す図である。
【００３２】
まず、下スタンパ３をプレス下コア９上に載置し且つ上スタンパ２を下スタンパ３の上に重ねて載置する。そして、プレス上コア４を下降させて、上スタンパ２と下スタンパ３をプレス上コア４とプレス下コア９の間に挟む。このとき、プレス上コア４とプレス下コア９による押圧力は、僅かな力でよい。上スタンパ２と下スタンパ３をプレス上コア４とプレス下コア９の間に挟んだ状態で、図２（ａ）に示すように、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５を介して上スタンパ２を吸引してプレス上コア４に固定し、且つプレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０を介して下スタンパ３を吸引してプレス下コア９に固定する。
【００３３】
上スタンパ２及び下スタンパ３を固定したら、図２（ｂ）に示すように、プレス上コア４を上昇させると、上スタンパ２はプレス上コア４と共に上昇する。そこで、成形部材１を下スタンパ３上に載置し、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介して吸引して、下スタンパ３に固定する。
【００３４】
成形部材１を下スタンパ３上に固定したら、図３に示すように、上スタンパ２を下降させて、成形部材１を上スタンパ２と下スタンパ３との間に挟み込み、成形部材１を押圧して徐々に押圧力を大きくしていく。このとき、プレス上コア４のヒータ７とプレス下コア９のヒータ１２に通電し、プレス上コア４及びプレス下コア９を局所的に加熱する。ヒータ７により加熱される部分は、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応した部分である。したがって、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分も、ヒータ７により加熱され、所定の温度となる。この所定の温度とは、成形部材１が軟化して微細構造２ａが転写されやすくなるような温度である。同様に、ヒータ１２により加熱される部分は、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応した部分である。したがって、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分も、ヒータ１２により加熱され、所定の温度となる。この所定の温度とは、成形部材１が軟化して微細構造３ａが転写されやすくなるような温度である。具体的にはスタンパ２，３はガラス転移点以上の温度まで加熱される。
【００３５】
このように、微細構造２ａ及び３ａを転写する際に、成形部材１の転写される部分のみを局所的に加熱して軟化させるので、微細構造２ａ及び３ａを容易に成形部材１に転写することができ、且つアスペクト比が高い凹凸のような微細構造２ａ及び３ａであっても、軟化した成形部材１を凹部の奥まで十分に充填することができ、微細構造２ａ及び３ａを精度よく転写することができる。
【００３６】
所定の時間で転写が終了したら、ヒータ７及び１２による加熱を停止し、次に離型工程に移る。図４は局所温調ユニットによる冷却・加熱を繰り返して離型する離型工程のフローチャートである。図５は局所温調ユニットによる冷却・加熱を繰り返して離型する離型動作のタイミングチャートである。なお、図４に示す離型工程では、下スタンパ３から先に離型しているが、上スタンパ２から先に離型してもよい。
【００３７】
離型工程が開始されると、まず、上スタンパ２と下スタンパ３によるプレス力（転写圧）を減じて（ステップＳ１）、最終的にプレス力をゼロ又はほとんどプレス力がかからない状態とする。次に、プレス下コア９の局所温調ユニットの冷媒通路１３に冷媒を流して、下スタンパ３の微細構造３ａを下スタンパ３の裏側から冷却する（ステップＳ２）。プレス力がゼロになる前に冷却を開始して、ステップＳ２における冷却が終了した時点でプレス力がゼロとなるようにしてもよい。転写工程において下スタンパ３は成形部材１のガラス転移点以上の温度に加熱されているので、ステップＳ２における冷却で、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）がガラス転移点以下の温度となるまで冷却する。この際、図５（ａ）に示すように、下スタンパ３の表面温度を室温まで一度に下げずに、ガラス転移点と室温の間の温度となるまで冷却する。本実施形態では、微細構造３ａの表面温度がガラス転移点と室温の間の温度となるまでの冷却時間を予め決定しておき、所定の冷却時間ｔ１が過ぎたら冷却を停止する。下スタンパ３の温度を検出して微細構造３ａの表面温度を推定してもよい。
【００３８】
なお、ステップＳ２において、局所温調ユニットによる冷却は、スタンパ吸引固定用通路１０を介して下スタンパ３をプレス下コア９に吸引固定して密着した状態を維持しながら行なう。局所温調ユニットはプレス下コア９に組み込まれているため、プレス下コア９と下スタンパ３を密着させておくことで、下スタンパ３からプレス下コアへの熱移動を効率的にして冷却効果を高めるためである。
【００３９】
第１回目の冷却が終了したら、プレス下コア９の局所温調ユニットのヒータ１２に通電して、下スタンパ３を裏面側から加熱し（ステップＳ３）、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）を上昇させる。この際、微細構造３ａの表面の温度はガラス転移点以上にならない温度まで上昇させる。本実施形態では所定の加熱時間だけヒータ１２に通電することで、下スタンパ３を加熱する。ステップＳ３での第１回目の加熱が終了したら、次に、ステップＳ４に進む。
【００４０】
ステップＳ４では、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返したか否かを判定する。ステップＳ４で、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返していないと判定されると、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２の冷却（第２回目の冷却）とステップＳ３の加熱（第２回目の加熱）を行い、再びステップＳ４の判定が行なわれる。
【００４１】
一方、ステップＳ４でｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定されると、下スタンパ３からの成形部材１の離型が終了したと判断し、処理はステップＳ５に進む。すなわち、下スタンパ３の冷却及び加熱を所定回数ｎ回だけ繰り返して行なえば、下スタンパ３からの成形部材１の離型は完了したものと判断する。
【００４２】
ステップＳ４においてｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定された時点で、下スタンパ３と成形部材１とは完全に分離していないが、微視的に見ると成形部材１に転写された微細構造には表層剥離が生じており、成形部材１に転写された微細構造は下スタンパ３の微細構造３ａから離型している。表層剥離は、下スタンパ３の特に微細構造３ａに冷却及び加熱を繰り返すことで生じる。すなわち、成形部材１の材料（樹脂）の熱膨張率は、下スタンパ３の材料（金属）の熱膨張率より大きいため、冷却及び加熱を繰り返すことで成形部材１と下スタンパ３との密着部分に熱膨張率差に起因した応力が発生し、表層剥離が誘起される。
【００４３】
表層剥離は一回の冷却及び加熱では生じ難く、冷却及び加熱を複数回繰り返すことで徐々に進行する。所定回数ｎ回は予め実験等で何回がよいか決めておくもので、微細構造３ａの形状や寸法、成形部材１の材料、下スタンパ３の材料等により適切な回数を設定すればよい。
【００４４】
下スタンパ３からの成形部材１の離型が完了したら、次に、上スタンパ２からの成形部材１の離型が行なわれる（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５では、下スタンパ３の離型におけるステップＳ２からＳ４と同様な処理が行なわれ、上スタンパ２の冷却と加熱が所定の回数ｍ回繰り返される。上スタンパ２の微細構造２ａの形状及び寸法が下スタンパの微細構造の形状及び寸法と同じであればｎ＝ｍとなるが、微細構造２ａの形状や寸法、成形部材１の材料、上スタンパ２の材料等により適切な回数を設定すればよい。
【００４５】
ステップＳ５の処理が終了して、上スタンパ２から成形部材１が離型したと判断すると、続いて、プレス上コア４の成形部材吸引固定用通路６に空気を供給して（ステップＳ６）成形部材１を上スタンパ２から完全に離型させながら、図６に示すようにプレス上コア４を上昇させる（ステップＳ７）。
【００４６】
続いて、プレス下コア９の成形部材吸引固定用通路１１に空気を供給して（ステップＳ８）成形部材１を下スタンパ３から完全に離型させながら、図７に示すように成形材料を取り出す（ステップＳ９）。以上で離型工程は終了する。
【００４７】
成形部材１を取り出した後、図８に示すように、成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を下スタンパ３に向けて噴射し、下スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去し、且つ成形部材吸引固定用通路１１及び下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を上スタンパ２に向けて噴射し、上スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去する。
【００４８】
上述の転写工程及び離型工程では、プレス上コア４のみを上昇、下降させているが、プレス下コア９を上昇、下降させてもよく、あるいは両方を上昇、下降させてもよい。
【００４９】
また、成形部材１の上下両面に微細構造２ａ及び３ａを転写しているが、同様な方法により、成形部材１の上下面のいずれか一方のみに微細構造を転写することとしてもよい。
【００５０】
次に、離型工程の他の例について説明する。図９はスタンパ吸引固定用通路から冷媒を供給しながら冷却・加熱を繰り返して離型する離型工程のフローチャートである。図１０はスタンパ吸引固定用通路から冷媒を供給しながら冷却・加熱を繰り返して離型する離型動作のタイミングチャートである。なお、図９に示す離型工程では、下スタンパ３から先に離型しているが、上スタンパ２から先に離型してもよい。
【００５１】
離型工程が開始されると、まず、上スタンパ２と下スタンパ３によるプレス力（転写圧）を減じて（ステップＳ１１）、最終的にプレス力をゼロ又はほとんどプレス力がかからない状態とする。次に、プレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０からの吸引を解除して下スタンパ３に作用する吸引力をゼロにする（ステップＳ１２）。これにより、プレス下コア９と下スタンパ３の密着を解除し、プレス下コア９と下スタンパ３との間に気体が入り込み易くする。
【００５２】
次に、スタンパ吸引固定用通路１０に低温の空気やガス等の冷媒を供給して下スタンパ３を冷却する（ステップＳ１３）。スタンパ吸引固定用通路１０に供給された冷媒は、プレス下コア９と下スタンパ３の裏面との間に拡散し、下スタンパ３の裏面が冷媒により冷却される。これにより、下スタンパ３の微細構造３ａが下スタンパ３の裏側から冷却される。転写工程において下スタンパ３は成形部材１のガラス転移点以上の温度に加熱されているので、ステップＳ１３における冷却で、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）がガラス転移点以下の温度となるまで冷却する。この際、図１０（ａ）に示すように、下スタンパ３の表面温度を室温まで一度に下げずに、ガラス転移点と室温の間の温度となるまで冷却する。本実施形態では、微細構造３ａの表面温度がガラス転移点と室温の間の温度となるまでの冷却時間を予め決定しておき、所定の冷却時間ｔ１が過ぎたら冷却を停止する。下スタンパ３の温度を検出して微細構造３ａの表面温度を推定してもよい。
【００５３】
第１回目の冷却が終了したら、プレス下コア９の局所温調ユニットのヒータ１２に通電して、下スタンパ３を裏面側から加熱し（ステップＳ１４）、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）を上昇させる。この際、微細構造３ａの表面の温度はガラス転移点以上にならない温度まで上昇させる。本実施形態では所定の加熱時間だけヒータ１２に通電することで、下スタンパ３を加熱する。ステップＳ１４での第１回目の加熱が終了したら、次に、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５の処理は上述の図４におけるステップＳ４の処理と同様であり、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返したか否かを判定する。ステップＳ１５で、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返していないと判定されると、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３の冷却（第２回目の冷却）とステップＳ１４の加熱（第２回目の加熱）を行い、再びステップＳ１５の判定が行なわれる。
【００５４】
一方、ステップＳ１５で所定回数ｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定されると、下スタンパ３からの成形部材１の離型が終了したと判断し、処理はステップＳ１６に進む。すなわち、下スタンパ３の冷却及び加熱を所定回数ｎ回だけ繰り返して行なえば、下スタンパ３からの成形部材１の離型は完了したものと判断する。
【００５５】
ステップＳ１５においてｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定された時点で、下スタンパ３と成形部材１とは完全に分離していないが、微視的に見ると成形部材１に転写された微細構造には表層剥離が生じており、成形部材１に転写された微細構造は下スタンパ３の微細構造３ａから離型している。
【００５６】
ステップＳ１５において所定回数の冷却及び加熱が繰り返し行なわれたと判断すると、プレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０からの吸引を行い、下スタンパ３をプレス下コア９に吸引固定する（ステップＳ１６）。そして、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５からの吸引を解除して上スタンパ２作用する吸引力をゼロにする（ステップＳ７）。そして、上スタンパ２に対しても上述のステップＳ１３〜Ｓ１５と同様の処理を行ない、上スタンパ２の冷却及び加熱を所定回数だけ繰り返し行なう（ステップＳ１８）。
【００５７】
上スタンパ２に対して冷却及び加熱を所定回数繰り返したと判定されたら、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５からの吸引を行い、上スタンパ２をプレス上コア４に吸引固定する（ステップＳ１９）。その後は、図４のステップＳ６〜Ｓ９の処理と同様の処理を行ない、成形部材１を取り出して離型工程を終了する。図９のステップＳ２０〜Ｓ２３は、それぞれ図４のステップＳ６〜Ｓ９に相当する。
【００５８】
成形部材１を取り出した後、図８に示すように、成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を下スタンパ３に向けて噴射し、下スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去し、且つ成形部材吸引固定用通路１１及び下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を上スタンパ２に向けて噴射し、上スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去する。
【００５９】
上述の離型工程では、プレス上コア４のみを上昇、下降させているが、プレス下コア９を上昇、下降させてもよく、あるいは両方を上昇、下降させてもよい。また、成形部材１の上下両面に微細構造２ａ及び３ａを転写しているが、同様な方法により、成形部材１の上下面のいずれか一方のみに微細構造を転写することとしてもよい。
【００６０】
以上のように、離型の際にスタンパを冷却するには、局所温調ユニットによる冷却を用いることができるが（図４に示す離型工程）、局所温調ユニットによる冷却では不十分で冷却時間が長くなる場合は、スタンパ吸引固定用通路に冷媒を流してスタンパを直接冷却することで（図９に示す離型工程）、冷却時間を短縮することができ、離型工程にかかる時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態による転写方法により微細構造を成形部材に転写する転写装置の概要を示す断面図である。
【図２】転写工程における転写装置の状態を示す図である。
【図３】転写工程における転写装置の状態を示す図である。
【図４】転写工程に続いて行なわれる離型工程の一例のフローチャートである。
【図５】図４に示す離型工程における離型動作のタイミングチャートである。
【図６】離型工程における転写装置の状態を示す図である。
【図７】離型工程における転写装置の状態を示す図である。
【図８】クリーニング工程における転写装置の状態を示す図である。
【図９】転写工程に続いて行なわれる離型工程の他の例のフローチャートである。
【図１０】図９に示す離型工程における離型動作のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 成形部材
２ 上スタンパ
２ａ 微細構造
２ｂ 吸引貫通孔
３ 下スタンパ
３ａ 微細構造
３ｂ 吸引貫通孔
４ プレス上コア
５，１０ スタンパ吸引固定用通路
６，１１ 成形部材吸引固定用通路
７，１２ ヒータ
８，１３ 冷媒通路
９ プレス下コア
２０ 上コア移動機構
２２ 下コア移動機構
２４ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は転写方法及び装置に係り、特に樹脂等の成形部材の表面に微細構造を転写するための転写方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂レンズのような光学部品の表面に微細構造を形成する方法として、射出成形用の金型の表面に微細構造を形成しておき、樹脂成形時に金型の微細構造を成形品の表面に転写する方法が知られている。
【０００３】
射出成形時に微細構造を転写する場合、微細構造の形状によっては樹脂がその形状にうまく充填されないことがある。例えば、成形品の表面に微細構造としてアスペクト比の大きい微細な突起を形成する場合、金型の表面には形成する突起の形状に対応した微細な穴が形成されるが、樹脂の射出成形時にこのような深い微細な穴に樹脂を完全に充填することが難しいことがある。また、微細構造に樹脂が充填できたとしても、成形品が金型に貼り付いてしまい、うまく離型できないといった問題が発生するおそれがある。
【０００４】
微細構造が表面に形成された成形品の離型方法として、圧縮流体で成形品を冷却して収縮させ、離型を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、金型を内型と外型に分けて内型を外型に対して移動可能としておき、内型と成形品との間に圧縮流体を噴出して離型を促進させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、微細構造が転写された成形品を得るために射出成形を用いると、射出成形サイクルにおいて、冷却時間等を含めた長い時間が必要となり、生産性がよくないという問題がある。
【０００６】
そこで、スタンパを用いて、微細構造を有する型を樹脂部材の表面に押圧（スタンプ）して微細構造を転写することが考えられる。スタンパでの転写工程は、射出成形のように溶融樹脂を用いることなく、樹脂部材に型を押圧する工程だけであるので、射出成形による転写よりは格段に短い時間で転写を行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２８９０６４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５１６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、微細構造を両面に有する樹脂部品の要求が光学分野や医療・バイオ分野で高まっている。このような要求に答えるべく、両面を同時にスタンパ型で押圧して微細構造を両面に転写することが考えられる。スタンパ型で押圧して微細構造を両面に転写する場合、溶融樹脂に至るまでの加熱及び固化するまでの冷却等の成形工程を必要としない。このため、射出成形を用いるよりも短時間で微細構造を転写することができる。
【０００８】
ところが、微細構造をスタンパ型で樹脂部材の両面に同時にスタンプするような処理はこれまで行われた例はほとんどなく、最適な転写条件や転写方法は提案されていない。特に、スタンパ型の離型性が両側の型で異なるような場合が考えられるが、どのように両側の型を離型するかについて検討されていない。すなわち、離型性は転写する微細構造の形状や寸法に依存するので、両側の微細構造が異なると離型性を考慮してスタンパ型の動作と転写成形品の取り出しを制御しなければならないが、これまでに、微細構造による離型性を考慮した転写工程の制御は行われていなかった。したがって、両面転写における最適な転写工程を実現可能な転写方法の開発が望まれている。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、微細構造を成形部材に容易に転写することができ且つ容易に離型させることができると共に、射出成形による転写よりも短時間で転写を行うことができる転写方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、スタンパに形成された微細構造を成形部材に転写する転写方法であって、該スタンパの該微細構造を該成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写し、前記スタンパの前記微細構造を、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱を繰り返すことにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写方法が提供される。
【００１１】
本発明による転写方法において、前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することが好ましい。前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により冷却することとしてもよい。前記スタンパの前記微細構造を、前記局所温調部により加熱することとしてもよい。あるいは、前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に形成されたスタンパ吸引固定用通路に冷媒を供給することにより冷却することとしてもよい。この場合、前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により加熱することとしてもよい。
【００１２】
また、本発明によれば、微細構造を成形部材の表面に転写する転写装置であって、該微細構造を有するスタンパと、該スタンパが取り付けられる金型と、該金型の開閉動作、及び前記金型に取り付けられた前記スタンパの温度を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記金型に取り付けられた前記スタンパの前記微細構造を前記成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写した後、前記スタンパの前記微細構造に対して、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱が繰り返されるように前記スタンパの温度を制御することにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写装置が提供される。
【００１３】
本発明による転写装置において、前記制御部は、前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返すように前記スタンパの温度を制御して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記成形部材の離型を促進することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形部材の微細構造が転写された部分を局所的に冷却及び加熱を繰り返すことで、スタンパの微細構造の熱膨張率と成形部材に転写された微細構造の熱膨張率との差を利用して離型を促進することができる。このため、成形部材に転写された微細構造をスタンパから容易に離型させることができる。特に、離型の際に、成形部材に転写された微細構造に対して外部から力を加えないため、転写された微細構造を変形させることなく微細構造の寸法精度を維持したまま容易に離型させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態による転写方法を行う転写装置について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態による転写方法により微細構造を成形部材に転写する転写装置の概要を示す断面図である。
【００１７】
図１に示す転写装置は、成形部材１を上スタンパ２と下スタンパ３との間に挟んでプレスすることにより、上スタンパ２及び下スタンパ３に形成されている微細構造２ａ及び３ａを成形部材１の両面に転写するための装置である。
【００１８】
成形部材１は、上スタンパ２と下スタンパ３により押圧されることで塑性変形可能な材料であり、例えば樹脂板や樹脂シートのような樹脂部材である。成形部材１によりプラスチック光学部品を成形する場合、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂の板材やシートが用いられる。
【００１９】
上スタンパ２は、例えばニッケルやシリコン等の金属材料で形成された板状の部材であり、その表面に微細構造２ａが形成されている。また、上スタンパ２には、裏面から表面まで貫通する複数の吸引貫通孔２ｂが設けられている。後述のように、この吸引貫通孔２ｂを介して成形部材１を吸引することにより、成形部材１を上スタンパ２に吸引固定することができる。
【００２０】
下スタンパ３は、上スタンパ２と同様な構成であり、例えばニッケルやシリコン等の金属材料で形成された板状の部材であり、その表面に微細構造３ａが形成されている。また、下スタンパ３には、裏面から表面まで貫通する複数の吸引貫通孔３ｂが設けられている。後述のように、この吸引貫通孔３ｂを介して成形部材１を吸引することにより、成形部材１を下スタンパ３に吸引固定することができる。
【００２１】
上スタンパ２は上金型であるプレス上コア４に取り付けられる。プレス上コア４には、コア取り付け面に開口した複数のスタンパ吸引固定用通路５が形成されている。上スタンパ２を取り付け面に当接させ、スタンパ吸引固定用通路５を介して吸引することにより、上スタンパ２を取り付け面上に保持することができる。したがって、吸引を解除することにより上スタンパ２をプレス上コア４から取り外すことができる。
【００２２】
また、プレス上コア４には、上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂに対応する位置に開口する複数の成形部材吸引固定用通路６が形成されている。成形部材吸引固定用通路６は、上スタンパ２がプレス上コア４に取り付けられた状態において、上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂに接続される。したがって、プレス上コア４に上スタンパ２を取り付けてから、成形部材１を上スタンパ２に当接させ、吸引貫通孔２ｂ及び成形部材吸引固定用通路６を介して成形部材１を吸引することで、成形部材１を上スタンパ２に吸引固定することができる。
【００２３】
また、上スタンパ２がプレス上コア４に取り付けられたときに、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応する位置において、プレス上コア４の内部にヒータ７が埋め込まれ且つ冷媒通路８が形成されている。ヒータ７は、例えば通電することにより発熱する電熱線であり、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応したプレス上コア４の一部のみを加熱することができる。冷媒通路８は、例えば冷却水等の冷媒を流すことのできる通路であり、冷却水を冷媒通路８に流すことにより、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応したプレス上コア４の一部のみを冷却することができる。
【００２４】
ヒータ７は電熱線に限ることなく、例えばペルチェ素子のような他の発熱体を用いることもできる。また、冷媒通路８の代わりに例えばペルチェ素子のような他の冷却装置を用いることもできる。ヒータ７及び冷媒通路８は、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応した位置に近接して設けられ、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分の加熱・冷却を行う局所温調ユニット（局所温調部）として機能する。
【００２５】
下スタンパ３は下金型であるプレス下コア９に取り付けられる。プレス下コア９には、コア取り付け面に開口した複数のスタンパ吸引固定用通路１０が形成されている。下スタンパ３を取り付け面に当接させ、スタンパ吸引固定用通路１０を介して吸引することにより、下スタンパ３を取り付け面上に保持することができる。したがって、吸引を解除することにより下スタンパ３をプレス下コア９から取り外すことができる。
【００２６】
また、プレス下コア９には、下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂに対応する位置に開口する複数の成形部材吸引固定用通路１１が形成されている。成形部材吸引固定用通路１１は、下スタンパ３がプレス下コア９に取り付けられた状態において、下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂに接続される。したがって、プレス下コア９に下スタンパ３を取り付けてから、成形部材１を下スタンパ３に当接させ、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介して成形部材１を吸引することで、成形部材１を下スタンパ３に吸引固定することができる。
【００２７】
また、下スタンパ３がプレス下コア９に取り付けられたときに、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応する位置において、プレス下コア９の内部にヒータ１２が埋め込まれ且つ冷媒通路１３が形成されている。ヒータ１２は、例えば通電することにより発熱する電熱線であり、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応したプレス下コア９の一部のみを加熱することができる。冷媒通路１３は、例えば冷却水等の冷媒を流すことのできる通路であり、冷却水を冷媒通路１３に流すことにより、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応したプレス下コア９の一部のみを冷却することができる。
【００２８】
ヒータ１２は電熱線に限ることなく、例えばペルチェ素子のような他の発熱体を用いることもできる。また、冷媒通路１３の代わりに例えばペルチェ素子のような他の冷却装置を用いることもできる。ヒータ１２及び冷媒通路１３は、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応した位置に近接して設けられ、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分の加熱・冷却を行う局所温調ユニット（局所温調部）として機能する。
【００２９】
なお、プレス上コア４には、プレス下コア９に対して移動して成形部材１をプレスできるように上下方向に移動するための上コア移動機構２０が設けられているが、そのような上下機構は周知の機構であり、図面の簡略化の目的で具体的な図示は省略する。プレス上コア４を移動可能にするだけでなく、プレス下コア９も上下移動可能に構成することとしてもよい。その場合、プレス下コア９には、プレス上コア４に対して移動して成形部材１をプレスできるように上下方向に移動するための下コア移動機構２２が設けられているが、そのような上下機構は周知の機構であり、図面の簡略化の目的で具体的な図示は省略する。
【００３０】
上コア移動機構２０及び／又は下コア移動機構２２の動作は転写装置全体を制御する制御部２４により制御される。制御部２４は、プレス上コア４及び／又はプレス下コア９の上昇、下降を制御する他に、上スタンパ２のプレス上コア４に対する吸引固定、下スタンパ３のプレス下コア９に対する吸引固定、成形部材１の上スタンパ２への吸引固定、成形部材１の下スタンパ３への固定、プレス上コア４及びプレス下コア９に組み込まれた局所温調ユニットによる加熱及び冷却、などを制御する。さらに、制御部２４は、後述する離型工程の際に、スタンパ吸引固定用通路への冷媒の供給も制御する。局所温調ユニットによる加熱の制御は、ヒータの通電制御で行なわれる。スタンパの吸引固定の制御は、スタンパ吸引固定用通路５，１０に接続された開閉弁（図示せず）の開閉を制御することにより行なう。上スタンパ２及び下スタンパへの吸引固定は、成形部材吸引固定用通路６，１１に接続された開閉弁（図示せず）の開閉を制御することにより行なう。また、スタンパ吸引固定用通路５，１０への冷媒の供給も開閉弁（図示せず）を制御することにより行なう。
【００３１】
次に、図１に示す転写装置を用いて成形部材１に微細構造を転写する転写方法の一例について説明する。図２及び図３は、図１に示す転写装置を用いて成形部材１に微細構造を転写する際の転写工程を示す図である。
【００３２】
まず、下スタンパ３をプレス下コア９上に載置し且つ上スタンパ２を下スタンパ３の上に重ねて載置する。そして、プレス上コア４を下降させて、上スタンパ２と下スタンパ３をプレス上コア４とプレス下コア９の間に挟む。このとき、プレス上コア４とプレス下コア９による押圧力は、僅かな力でよい。上スタンパ２と下スタンパ３をプレス上コア４とプレス下コア９の間に挟んだ状態で、図２（ａ）に示すように、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５を介して上スタンパ２を吸引してプレス上コア４に固定し、且つプレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０を介して下スタンパ３を吸引してプレス下コア９に固定する。
【００３３】
上スタンパ２及び下スタンパ３を固定したら、図２（ｂ）に示すように、プレス上コア４を上昇させると、上スタンパ２はプレス上コア４と共に上昇する。そこで、成形部材１を下スタンパ３上に載置し、吸引貫通孔３ｂ及び成形部材吸引固定用通路１１を介して吸引して、下スタンパ３に固定する。
【００３４】
成形部材１を下スタンパ３上に固定したら、図３に示すように、上スタンパ２を下降させて、成形部材１を上スタンパ２と下スタンパ３との間に挟み込み、成形部材１を押圧して徐々に押圧力を大きくしていく。このとき、プレス上コア４のヒータ７とプレス下コア９のヒータ１２に通電し、プレス上コア４及びプレス下コア９を局所的に加熱する。ヒータ７により加熱される部分は、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分に対応した部分である。したがって、上スタンパ２の微細構造２ａが形成された部分も、ヒータ７により加熱され、所定の温度となる。この所定の温度とは、成形部材１が軟化して微細構造２ａが転写されやすくなるような温度である。同様に、ヒータ１２により加熱される部分は、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分に対応した部分である。したがって、下スタンパ３の微細構造３ａが形成された部分も、ヒータ１２により加熱され、所定の温度となる。この所定の温度とは、成形部材１が軟化して微細構造３ａが転写されやすくなるような温度である。具体的にはスタンパ２，３はガラス転移点以上の温度まで加熱される。
【００３５】
このように、微細構造２ａ及び３ａを転写する際に、成形部材１の転写される部分のみを局所的に加熱して軟化させるので、微細構造２ａ及び３ａを容易に成形部材１に転写することができ、且つアスペクト比が高い凹凸のような微細構造２ａ及び３ａであっても、軟化した成形部材１を凹部の奥まで十分に充填することができ、微細構造２ａ及び３ａを精度よく転写することができる。
【００３６】
所定の時間で転写が終了したら、ヒータ７及び１２による加熱を停止し、次に離型工程に移る。図４は局所温調ユニットによる冷却・加熱を繰り返して離型する離型工程のフローチャートである。図５は局所温調ユニットによる冷却・加熱を繰り返して離型する離型動作のタイミングチャートである。なお、図４に示す離型工程では、下スタンパ３から先に離型しているが、上スタンパ２から先に離型してもよい。
【００３７】
離型工程が開始されると、まず、上スタンパ２と下スタンパ３によるプレス力（転写圧）を減じて（ステップＳ１）、最終的にプレス力をゼロ又はほとんどプレス力がかからない状態とする。次に、プレス下コア９の局所温調ユニットの冷媒通路１３に冷媒を流して、下スタンパ３の微細構造３ａを下スタンパ３の裏側から冷却する（ステップＳ２）。プレス力がゼロになる前に冷却を開始して、ステップＳ２における冷却が終了した時点でプレス力がゼロとなるようにしてもよい。転写工程において下スタンパ３は成形部材１のガラス転移点以上の温度に加熱されているので、ステップＳ２における冷却で、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）がガラス転移点以下の温度となるまで冷却する。この際、図５（ａ）に示すように、下スタンパ３の表面温度を室温まで一度に下げずに、ガラス転移点と室温の間の温度となるまで冷却する。本実施形態では、微細構造３ａの表面温度がガラス転移点と室温の間の温度となるまでの冷却時間を予め決定しておき、所定の冷却時間ｔ１が過ぎたら冷却を停止する。下スタンパ３の温度を検出して微細構造３ａの表面温度を推定してもよい。
【００３８】
なお、ステップＳ２において、局所温調ユニットによる冷却は、スタンパ吸引固定用通路１０を介して下スタンパ３をプレス下コア９に吸引固定して密着した状態を維持しながら行なう。局所温調ユニットはプレス下コア９に組み込まれているため、プレス下コア９と下スタンパ３を密着させておくことで、下スタンパ３からプレス下コアへの熱移動を効率的にして冷却効果を高めるためである。
【００３９】
第１回目の冷却が終了したら、プレス下コア９の局所温調ユニットのヒータ１２に通電して、下スタンパ３を裏面側から加熱し（ステップＳ３）、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）を上昇させる。この際、微細構造３ａの表面の温度はガラス転移点以上にならない温度まで上昇させる。本実施形態では所定の加熱時間だけヒータ１２に通電することで、下スタンパ３を加熱する。ステップＳ３での第１回目の加熱が終了したら、次に、ステップＳ４に進む。
【００４０】
ステップＳ４では、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返したか否かを判定する。ステップＳ４で、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返していないと判定されると、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２の冷却（第２回目の冷却）とステップＳ３の加熱（第２回目の加熱）を行い、再びステップＳ４の判定が行なわれる。
【００４１】
一方、ステップＳ４でｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定されると、下スタンパ３からの成形部材１の離型が終了したと判断し、処理はステップＳ５に進む。すなわち、下スタンパ３の冷却及び加熱を所定回数ｎ回だけ繰り返して行なえば、下スタンパ３からの成形部材１の離型は完了したものと判断する。
【００４２】
ステップＳ４においてｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定された時点で、下スタンパ３と成形部材１とは完全に分離していないが、微視的に見ると成形部材１に転写された微細構造には表層剥離が生じており、成形部材１に転写された微細構造は下スタンパ３の微細構造３ａから離型している。表層剥離は、下スタンパ３の特に微細構造３ａに冷却及び加熱を繰り返すことで生じる。すなわち、成形部材１の材料（樹脂）の熱膨張率は、下スタンパ３の材料（金属）の熱膨張率より大きいため、冷却及び加熱を繰り返すことで成形部材１と下スタンパ３との密着部分に熱膨張率差に起因した応力が発生し、表層剥離が誘起される。
【００４３】
表層剥離は一回の冷却及び加熱では生じ難く、冷却及び加熱を複数回繰り返すことで徐々に進行する。所定回数ｎ回は予め実験等で何回がよいか決めておくもので、微細構造３ａの形状や寸法、成形部材１の材料、下スタンパ３の材料等により適切な回数を設定すればよい。
【００４４】
下スタンパ３からの成形部材１の離型が完了したら、次に、上スタンパ２からの成形部材１の離型が行なわれる（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５では、下スタンパ３の離型におけるステップＳ２からＳ４と同様な処理が行なわれ、上スタンパ２の冷却と加熱が所定の回数ｍ回繰り返される。上スタンパ２の微細構造２ａの形状及び寸法が下スタンパの微細構造の形状及び寸法と同じであればｎ＝ｍとなるが、微細構造２ａの形状や寸法、成形部材１の材料、上スタンパ２の材料等により適切な回数を設定すればよい。
【００４５】
ステップＳ５の処理が終了して、上スタンパ２から成形部材１が離型したと判断すると、続いて、プレス上コア４の成形部材吸引固定用通路６に空気を供給して（ステップＳ６）成形部材１を上スタンパ２から完全に離型させながら、図６に示すようにプレス上コア４を上昇させる（ステップＳ７）。
【００４６】
続いて、プレス下コア９の成形部材吸引固定用通路１１に空気を供給して（ステップＳ８）成形部材１を下スタンパ３から完全に離型させながら、図７に示すように成形材料を取り出す（ステップＳ９）。以上で離型工程は終了する。
【００４７】
成形部材１を取り出した後、図８に示すように、成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を下スタンパ３に向けて噴射し、下スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去し、且つ成形部材吸引固定用通路１１及び下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を上スタンパ２に向けて噴射し、上スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去する。
【００４８】
上述の転写工程及び離型工程では、プレス上コア４のみを上昇、下降させているが、プレス下コア９を上昇、下降させてもよく、あるいは両方を上昇、下降させてもよい。
【００４９】
また、成形部材１の上下両面に微細構造２ａ及び３ａを転写しているが、同様な方法により、成形部材１の上下面のいずれか一方のみに微細構造を転写することとしてもよい。
【００５０】
次に、離型工程の他の例について説明する。図９はスタンパ吸引固定用通路から冷媒を供給しながら冷却・加熱を繰り返して離型する離型工程のフローチャートである。図１０はスタンパ吸引固定用通路から冷媒を供給しながら冷却・加熱を繰り返して離型する離型動作のタイミングチャートである。なお、図９に示す離型工程では、下スタンパ３から先に離型しているが、上スタンパ２から先に離型してもよい。
【００５１】
離型工程が開始されると、まず、上スタンパ２と下スタンパ３によるプレス力（転写圧）を減じて（ステップＳ１１）、最終的にプレス力をゼロ又はほとんどプレス力がかからない状態とする。次に、プレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０からの吸引を解除して下スタンパ３に作用する吸引力をゼロにする（ステップＳ１２）。これにより、プレス下コア９と下スタンパ３の密着を解除し、プレス下コア９と下スタンパ３との間に気体が入り込み易くする。
【００５２】
次に、スタンパ吸引固定用通路１０に低温の空気やガス等の冷媒を供給して下スタンパ３を冷却する（ステップＳ１３）。スタンパ吸引固定用通路１０に供給された冷媒は、プレス下コア９と下スタンパ３の裏面との間に拡散し、下スタンパ３の裏面が冷媒により冷却される。これにより、下スタンパ３の微細構造３ａが下スタンパ３の裏側から冷却される。転写工程において下スタンパ３は成形部材１のガラス転移点以上の温度に加熱されているので、ステップＳ１３における冷却で、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）がガラス転移点以下の温度となるまで冷却する。この際、図１０（ａ）に示すように、下スタンパ３の表面温度を室温まで一度に下げずに、ガラス転移点と室温の間の温度となるまで冷却する。本実施形態では、微細構造３ａの表面温度がガラス転移点と室温の間の温度となるまでの冷却時間を予め決定しておき、所定の冷却時間ｔ１が過ぎたら冷却を停止する。下スタンパ３の温度を検出して微細構造３ａの表面温度を推定してもよい。
【００５３】
第１回目の冷却が終了したら、プレス下コア９の局所温調ユニットのヒータ１２に通電して、下スタンパ３を裏面側から加熱し（ステップＳ１４）、下スタンパ３の表面温度（微細構造３ａの表面の温度）を上昇させる。この際、微細構造３ａの表面の温度はガラス転移点以上にならない温度まで上昇させる。本実施形態では所定の加熱時間だけヒータ１２に通電することで、下スタンパ３を加熱する。ステップＳ１４での第１回目の加熱が終了したら、次に、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５の処理は上述の図４におけるステップＳ４の処理と同様であり、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返したか否かを判定する。ステップＳ１５で、所定回数ｎ回の冷却及び加熱を繰り返していないと判定されると、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３の冷却（第２回目の冷却）とステップＳ１４の加熱（第２回目の加熱）を行い、再びステップＳ１５の判定が行なわれる。
【００５４】
一方、ステップＳ１５で所定回数ｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定されると、下スタンパ３からの成形部材１の離型が終了したと判断し、処理はステップＳ１６に進む。すなわち、下スタンパ３の冷却及び加熱を所定回数ｎ回だけ繰り返して行なえば、下スタンパ３からの成形部材１の離型は完了したものと判断する。
【００５５】
ステップＳ１５においてｎ回の冷却及び加熱が繰り返されたと判定された時点で、下スタンパ３と成形部材１とは完全に分離していないが、微視的に見ると成形部材１に転写された微細構造には表層剥離が生じており、成形部材１に転写された微細構造は下スタンパ３の微細構造３ａから離型している。
【００５６】
ステップＳ１５において所定回数の冷却及び加熱が繰り返し行なわれたと判断すると、プレス下コア９のスタンパ吸引固定用通路１０からの吸引を行い、下スタンパ３をプレス下コア９に吸引固定する（ステップＳ１６）。そして、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５からの吸引を解除して上スタンパ２作用する吸引力をゼロにする（ステップＳ７）。そして、上スタンパ２に対しても上述のステップＳ１３〜Ｓ１５と同様の処理を行ない、上スタンパ２の冷却及び加熱を所定回数だけ繰り返し行なう（ステップＳ１８）。
【００５７】
上スタンパ２に対して冷却及び加熱を所定回数繰り返したと判定されたら、プレス上コア４のスタンパ吸引固定用通路５からの吸引を行い、上スタンパ２をプレス上コア４に吸引固定する（ステップＳ１９）。その後は、図４のステップＳ６〜Ｓ９の処理と同様の処理を行ない、成形部材１を取り出して離型工程を終了する。図９のステップＳ２０〜Ｓ２３は、それぞれ図４のステップＳ６〜Ｓ９に相当する。
【００５８】
成形部材１を取り出した後、図８に示すように、成形部材吸引固定用通路６及び上スタンパ２の吸引貫通孔２ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を下スタンパ３に向けて噴射し、下スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去し、且つ成形部材吸引固定用通路１１及び下スタンパ３の吸引貫通孔３ｂを介して圧縮気体（ここでは圧縮空気）を上スタンパ２に向けて噴射し、上スタンパ３に残った残留物を吹飛ばして除去する。
【００５９】
上述の離型工程では、プレス上コア４のみを上昇、下降させているが、プレス下コア９を上昇、下降させてもよく、あるいは両方を上昇、下降させてもよい。また、成形部材１の上下両面に微細構造２ａ及び３ａを転写しているが、同様な方法により、成形部材１の上下面のいずれか一方のみに微細構造を転写することとしてもよい。
【００６０】
以上のように、離型の際にスタンパを冷却するには、局所温調ユニットによる冷却を用いることができるが（図４に示す離型工程）、局所温調ユニットによる冷却では不十分で冷却時間が長くなる場合は、スタンパ吸引固定用通路に冷媒を流してスタンパを直接冷却することで（図９に示す離型工程）、冷却時間を短縮することができ、離型工程にかかる時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態による転写方法により微細構造を成形部材に転写する転写装置の概要を示す断面図である。
【図２】転写工程における転写装置の状態を示す図である。
【図３】転写工程における転写装置の状態を示す図である。
【図４】転写工程に続いて行なわれる離型工程の一例のフローチャートである。
【図５】図４に示す離型工程における離型動作のタイミングチャートである。
【図６】離型工程における転写装置の状態を示す図である。
【図７】離型工程における転写装置の状態を示す図である。
【図８】クリーニング工程における転写装置の状態を示す図である。
【図９】転写工程に続いて行なわれる離型工程の他の例のフローチャートである。
【図１０】図９に示す離型工程における離型動作のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 成形部材
２ 上スタンパ
２ａ 微細構造
２ｂ 吸引貫通孔
３ 下スタンパ
３ａ 微細構造
３ｂ 吸引貫通孔
４ プレス上コア
５，１０ スタンパ吸引固定用通路
６，１１ 成形部材吸引固定用通路
７，１２ ヒータ
８，１３ 冷媒通路
９ プレス下コア
２０ 上コア移動機構
２２ 下コア移動機構
２４ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンパに形成された微細構造を成形部材に転写する転写方法であって、
該スタンパの該微細構造を該成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写し、
前記スタンパの前記微細構造を、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱を繰り返すことにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写方法。
【請求項２】
請求項１記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写方法。
【請求項３】
請求項２記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により冷却することを特徴とする転写方法。
【請求項４】
請求項３記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記局所温調部により加熱することを特徴とする転写方法。
【請求項５】
請求項２記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に形成されたスタンパ吸引固定用通路に冷媒を供給することにより冷却することを特徴とする転写方法。
【請求項６】
請求項５記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により加熱することを特徴とする転写方法。
【請求項７】
微細構造を成形部材の表面に転写する転写装置であって、
該微細構造を有するスタンパと、
該スタンパが取り付けられる金型と、
該金型の開閉動作、及び前記金型に取り付けられた前記スタンパの温度を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記金型に取り付けられた前記スタンパの前記微細構造を前記成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写した後、前記スタンパの前記微細構造に対して、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱が繰り返されるように前記スタンパの温度を制御することにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写装置。
【請求項８】
請求項７記載の転写装置であって、
前記制御部は、前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返すように前記スタンパの温度を制御して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写装置。
【請求項１】
スタンパに形成された微細構造を成形部材に転写する転写方法であって、
該スタンパの該微細構造を該成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写し、
前記スタンパの前記微細構造を、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱を繰り返すことにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写方法。
【請求項２】
請求項１記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写方法。
【請求項３】
請求項２記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により冷却することを特徴とする転写方法。
【請求項４】
請求項３記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記局所温調部により加熱することを特徴とする転写方法。
【請求項５】
請求項２記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に形成されたスタンパ吸引固定用通路に冷媒を供給することにより冷却することを特徴とする転写方法。
【請求項６】
請求項５記載の転写方法であって、
前記スタンパの前記微細構造を、前記スタンパが取り付けられた金型に組み込まれた局所温調部により加熱することを特徴とする転写方法。
【請求項７】
微細構造を成形部材の表面に転写する転写装置であって、
該微細構造を有するスタンパと、
該スタンパが取り付けられる金型と、
該金型の開閉動作、及び前記金型に取り付けられた前記スタンパの温度を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記金型に取り付けられた前記スタンパの前記微細構造を前記成形部材に押圧して、前記微細構造を前記成形部材に転写した後、前記スタンパの前記微細構造に対して、前記成形部材のガラス転移点以下の温度において冷却及び加熱が繰り返されるように前記スタンパの温度を制御することにより、前記スタンパからの前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写装置。
【請求項８】
請求項７記載の転写装置であって、
前記制御部は、前記スタンパの前記微細構造及び前記成形部材に転写された微細構造の収縮及び膨張を繰り返すように前記スタンパの温度を制御して、前記成形部材に転写された微細構造の表層剥離を生じさせることにより、前記成形部材の離型を促進することを特徴とする転写装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２７４２３７（Ｐ２００９−２７４２３７Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２５１３６（Ｐ２００８−１２５１３６）
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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